电容退耦的两种解释

听说公众号编者才高八斗，那么问题来了，八斗是多少？不知道的往下看吧？答案在最后...

一、 从储能的角度来说明电容退耦原理：

在制作电路板时，通常会在负载芯片周围放置很多电容，这些电容就起到电源退耦作用。

其原理可用图 1 说明。

图 1 去耦电路

当负载电流不变时，其电流由稳压电源部分提供，即图中的 I0，方向如图所示。此时电容两端电压与负载两端电压一致，电流 Ic 为0，电容两端存储相当数量的电荷，其电荷数量和电容量有关。当负载瞬态电流发生变化时，由于负载芯片内部晶体管电平转换速度极快，必须在极短的时间内为负载芯片提供足够的电流。但是稳压电源无法很快响应负载电流的变化，因此，电流 I0 不会马上满足负载瞬态电流要求，因此负载芯片电压会降低。但是由于电容电压与负载电压相同，因此电容两端存在电压变化。对于电容来说电压变化必然产生电流，此时电容对负载放电，电流 Ic 不再为 0，为负载芯片提供电流。根据电容等式：

I = C * (dV/dt)                     （公式1）

只要电容量 C 足够大，只需很小的电压变化，电容就可以提供足够大的电流，满足负载瞬态电流的要求。这样就保证了负载芯片电压的变化在容许的范围内。这里，相当于电容预先存储了一部分电能，在负载需要的时候释放出来，即电容是储能元件。储能电容的存在使负载消耗的能量得到快速补充，因此保证了负载两端电压不至于有太大变化，此时电容担负的是局部电源的角色。

从储能的角度来理解电源退耦，非常直观易懂，但是对电路设计帮助不大。从阻抗的角度理解电容退耦，能让我们设计电路时有章可循。实际上，在决定电源分配系统的去耦电容量的时候，用的就是阻抗的概念。

二、从阻抗的角度来理解退耦原理：

将图 1 中的负载芯片拿掉，如图 2 所示。从 AB 两点向左看过去，稳压电源以及电容退耦系统一起，可以看成一个复合的电源系统。这个电源系统的特点是：不论 AB 两点间负载瞬态电流如何变化，都能保证 AB 两点间的电压保持稳定，即 AB 两点间电压变化很小。

图 2 电源部分

我们可以用一个等效电源模型表示上面这个复合的电源系统，如图 3

图 3 等效电源

对于这个电路可写出如下等式：

ΔV = Z * ΔI                   （公式 2）

我们的最终设计目标是，不论 AB 两点间负载瞬态电流如何变化，都要保持 AB 两点间电压变化范围很小，根据公式 2，这个要求等效于电源系统的阻抗 Z 要足够低。在图 2 中，我们是通过去耦电容来达到这一要求的，因此从等效的角度出发，可以说去耦电容降低了电源系统的阻抗。另一方面，从电路原理的角度来说，可得到同样结论。电容对于交流信号呈现低阻抗特性，因此加入电容，实际上也确实降低了电源系统的交流阻抗。

从阻抗的角度理解电容退耦，可以给我们设计电源分配系统带来极大的方便。实际上，电源分配系统设计的最根本的原则就是使阻抗最小。最有效的设计方法就是在这个原则指导下产生的。

以上资源来源于于争博士大作《于博士SI设计手记》中电源完整性一节，本人觉得在众多解释中，于博士的讲究比较到位！

南朝宋国有谢灵运，是我国古代著名的山水诗作家。他政治上的失意，从而寄情于山水，写有大量山水诗，与文章冠绝当时的另一个文人颜延之齐名，并称为“江东第一”。他的诗，大都描写会（kuài）稽、永嘉、庐山等地的山水名胜，善于刻画自然景物，开创了文学史上的山水诗一派。他写的诗艺术性很强，尤其注意形式美，很受文人雅士的喜爱。诗篇一传出来，人们就竞相抄录，流传很广。宋文帝很赏识他的文学才能，特地将他召回京都任职，并把他的诗作和书法称为“二宝”，常常要他边侍宴，边写诗作文。谢灵运为人清狂，恃才傲物，曾于饮酒时自叹道：“天下才共一石（一种容量单位，一石等于十斗），曹子建（即曹植）独得八斗，我得一斗，自古及今共分一斗。”意为天下人的才华都不在他眼里，只有曹植文才卓越，可使他由衷折服。

由此，后世便称才学出众者为“才高八斗”或“八斗之才”。如唐李商隐的《可叹》中有：“宓妃愁坐芝田馆，用尽陈王八斗才。”唐徐夤的《献内翰杨侍郎》中有：“欲言温暑三缄口，闲赋宫词八斗才” 等等。